M5M万能工具磨床的技术改造

黄淑荣

(中航工业陕西飞机工业集团有限公司精修站，陕西汉中 723215)

1 背景

M5M万能工具磨床是多用途机床，适用于磨削外圆、内孔及平面，也适用于刃磨一般切削工具，如绞刀、套式扩孔钻、各种铣刀及齿轮滚刀等，还适用于磨削各种量规，如圆柱形塞规、卡规、锥度塞规及锥度套规等。由于M5M万能工具磨床规格小，砂轮窄，操作方便，故利用率较高。

然而，M5M万能工具磨床由于兼顾多用途，单就外圆磨来说在设计上就存在很多问题:砂轮座由两个压板支承在滑板上，刚性很差;换皮带时必须拆主轴，砂子污物易带进轴承，使轴承加速磨损;砂轮架本身刚性差，靠4个螺钉紧固在砂轮座上，易变形，主轴系统刚性差;工件头架轴承内易进入冷却液及其他污物，影响了机床精度及使用寿命。

由于上述问题的存在，给机床维修、备件管理、技术资料保管等都带来一些困难。但是还没有合适的机床取代它，M5M万能工具磨床还要在生产线上发挥作用，因此需要对其进行改造。

2 改造方案

为了更好地发挥M5M万能工具磨床在生产中的作用，对其进行技术改造。通过对原结构的分析，并考虑到机床的使用寿命、性能稳定可靠、使用方便及高效率等因素，提出了如下改造方案:

(1)更换砂轮底座及砂轮架，将电动机移到砂轮架上，解决换皮带不便问题，增强砂轮座的刚性。

(2)砂轮轴的轴承采用三油楔流体轴承(大隈型)，增加轴系刚度及精度。

(3)采取高速砂轮，使线速度提高到50 m/s，提高工效及光度。

(4)砂轮横进刀采用滚针导轨，克服砂轮座进刀爬行，提高尺寸精度，减轻劳动强度。

(5)更换新的工件头架，将顶磨和夹磨分开成为两个组合件，可方便的更换，以利提高夹磨精度，减少对轴承的污染。夹磨轴不仅可装卡盘，并可装弹簧卡头(φ14 mm以内)，也可装莫氏3号以下钻夹头及莫氏3号以下顶尖的尖锥。

(6)增加工件头架的传动系统，用装在床身底座上的直流电动机，可控硅无级变速，经皮带轮减速，通过弹性吊挂上的皮带轮传给工件主轴，减小工作台振动，操作方便。

(7)更换尾座，尾座顶尖套的伸缩采用密珠无间隙导向，增加尾座刚性。

(8)改造原来的自动走刀机构，仅保留精手送机构。

3 改造后结构

改造后整机外观如图1。

3.1 工件头架

工件头架由架体、顶磨轴组合件(图2)、夹磨轴组合件(图3)组成，两组合件的安装尺寸是一致的，可根据需要装在架体的安装定位孔中，架体的安装孔是两半孔，由铰链连接，组合件装入后，用十字手柄固定，更换方便。

夹磨头设计成多用途的，可装卡盘、莫氏3号锥柄的钻夹、夹具或磨顶尖的尖锥，可装弹簧卡头(φ14 mm以内)。

主轴1装在多孔整体轴承3内，后部用滑动止推垫控制轴向间隙。整个轴承套4内充满了润滑油，靠两端的耐油橡胶密封圈2和7来密封，轴承套上部设有注油孔，侧面有油窗，可观察油面位置。主轴传动靠卸荷皮带轮5通过拨盘6螺钉8及拨套9传给主轴1，主轴不受皮带径向拉力的影响。轴承经细心研磨，表面粗糙度Ra0.10 μm，圆度小于 0.001 mm，锥度小于0.002 mm。主轴的圆度小于0.000 5 mm，表面粗糙度Ra0.05 μm，与轴承配合间隙0.004～0.006 mm。

其他零件也都经过细心加工，从而在设计和制造上保证了精度。

工件头架传动系统如图4，顶磨轴最高转速n顶=1 500×(98/58)×(85/105)×(83/91)=687 r/min，夹磨轴最高转速n夹=1 500×(98/58)×(85/105)×(83/102)=620 r/min。

3.2 尾座(图5)

尾座顶尖套1及套筒3采用淬硬钢，经仔细研磨，用密珠轴承导向0.002～0.004 mm的过盈配合，使得尾座顶尖系统刚性提高，伸缩轻快灵活。前面由密封圈2密封，免使密珠导向套污染。顶尖压力通过螺母5、调节螺钉6和压缩弹簧4来调整。

3.3 砂轮轴(图6)

砂轮轴1为中间粗两头细经氮化处理的主轴，具有良好的刚性，两端轴颈部分由两个大隈型三油楔动压轴承7支承，轴向间隙靠压力轴承6与压力轴承套5的厚薄差来取得，用背帽14将5、6固定在主轴上，并由压力弹簧3通过定位环4将压力轴承压在后轴承套13的端面上。整个轴承套内注满润滑油，两端由密封圈2密封。

主轴的传动由皮带轮8通过装在拨盘9上的拨盘螺钉12拨动固定在主轴上的拨套10来传动。主轴不受皮带径向拉力。背帽11螺纹是左旋的。拨盘上拨套与主轴用锥体结合，这是为了当砂轮突然过载或要抱轴时，拨套与背帽能与主轴脱开，防止事故及损坏机构。

4 改造后的体会

(1)从调研到改装设计、制造时，首先要考虑到为产品服务，以使机床达到高精度、高效率;其次要考虑到使用方便、安全可靠及劳动强度;再次要考虑到工艺、加工方法等，及时配合现场，参加装配调试。这三者结合起来，才是最卓有成效的。

(2)关键零件必须给以充分的重视，在滑动轴承的研磨中，从开始到结束，决不可以为求效率而用粗研磨膏致使支承面嵌砂，留下隐患，即从一开始使用1.5氧化铬绿膏经过滤研磨。

(3)砂轮轴转速由原来2 500 r/min提高到3 850 r/min后，对动不平衡引起的振动更大，进给导轨是滚动的，砂轮座受原结构限制重心又高，这些都是对振动不利的因素。因此，除对电动机及皮带轮仔细作动平衡外，内外轮廓对轴心的跳动量也作相应的要求，以尽量减小在高速旋转下产生的自振，并避免共振。

(4)为了加速M5M万能工具磨床的改造，采取下列措施，即两套资料、两套配件、3种机型分别对待:M5M原机型，由于特殊要求砂轮需要升降的不加改造，仅将砂轮架轴按照改造过的形式统一;M5M－A机型按本次全面改造的图纸进行改造;M5M－B机型将砂轮架横进导轨部件装上，取消传动件，保留原工件头架及尾座不改。

这样可根据不同车间产品要求确定型号，以达到经济实用，取得较好的经济效益。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［2］李伯民，赵波.现代磨削技术［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［3］殷洪映，张亮寅.机械设备修理规程［M］.西安:西北工业大学出版社，2007.